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TECPLOT的数据格式及其运用


第1卷 第1期 2004 年 10 月

数值计算与工程仿真 Numerical Calculation and Engineering Simulation

Vol.1 No.1 October,2004

TECPLOT 的数据格式及其应用
清洁能源论坛计算流体力学综合版版主 summered

摘 要:本文主要对 TECPLOT 数据文件的格式进行介绍,对于需要通过创建数据文件来 把数值计算结果导入 TECPLOT 进行后处理的人具有一定的指导意义。文中对有序数据 (Ordered) 、 有 限元 数 据 (Finite-Element)分 别 进行 了 详 细 介绍 , 并 配 有相 关 算 例,使读者一目了然。

TECPLOT 是一种的很优秀的后处理软件,它具有体积小,功能强等优 点,而且人们可以通过自己编制程序使 TECPLOT 的功能得到扩展,这种情况 下就要求人们对 TECPLOT 内部的数据格式要有一定的了解。在浏览论坛时, 经常看到有人在讨论与此相关的问题,而处理这些问题,更多的是要依靠实 际操作经验,对于初学者来说往往是比较困难的,甚至对贴子的内容不知所 云。本文就将结合一些例子对 TECPLOT 的数据格式进行一些基本的解释,目 的是希望大家对这一问题能有所了解,重点是要做到活学活用。

1. TECPLOT 的数据结构
关于 TECPLOT 的数据结构请参见图 1。可以看到 TECPLOT 的数据结构分 为两个层次,最高的一层称作数据系列(DATA SET) ,次一层的被称为数据 区域(DATA ZONE) ,一个数据系列中可以包含有若干个数据区域。 图2表示的是一个比较复杂的数据文件的结构。图中,祯(Frame)1和 祯2中所使用的数据存放于数据系列1中,而数据序列1由一个包含有3个区域 的数据文件构成;祯3中所使用的数据存放于数据系列2中,它由1个包含2个 数据区域的数据文件和1个包含3个数据区域的数据文件组成;祯4中使用的 数据来源于数据系列3,它由1个包含2数据区域的数据文件构成。

2. TECPLOT的数据类型
TECPLOT包括两种数据类型,一种叫做有序数据(ordered) ,另一中叫 做有限元数据(finite-element) 。下面分别对两种数据进行介绍。 1)有序数据 TECPLOT按照一定的逻辑顺序将有序数据存放在一个1维、2维或3维的数 组中。I、J、K被用来表示每一个数据点在这个数据组中的位置,这些数组
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的常见排列方式有以下3种:I排列,IJ排列,IJK排列。为了方便理解,我 们可以用1维、2维或3维的矩阵来对这些数组进行类比。

图 1 TECPLOT 数据结构示意图

图 2 一个复杂的数据结构示意图

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2)有限元数据 有限元数据就是常说的FE数据,它定义了一系列的点,然后用这些点来 构成元素。有限元数据可以分成FE-面和FE体两类,前者用一系列三角形或 四边形构成2维场或3维曲面;后者用四面体或六面体来构成3维场。

3. 文本记录与图形记录
先讲一下相对简单的文本记录与几何记录的数据格式。数据文件导入 TECPLOT 后的结果如图 3 所示,数据文件内容及相应的注解如下,为了便于 阅读将数据文件文字设置成蓝色,以便于区分。 TEXT X=20, Y=85, F=HELV-BOLD, C=BLUE, H=7.5,T="Example Text" TEXT表示将要进行文本输入;X、Y有些类似于相对坐标,其数值定义了 相 对 坐 标 的 原 点 ; F ( font ) 说 明 文 字 的 字 体 , 默 认 的 字 体 是 Helvetica Bold;C(color)用来说明文字颜色,默认的颜色是黑色;H(height)说 明文字高度,默认的高度是3;T(text)用来确定文本的内容,引号内的文 字为文本内容。 TEXT X=20, Y=75, F=TIMES-BOLD, H=5, T="Subtitle" 同上。 TEXT X=80, Y=25, F=TIMES-ITALIC-BOLD, H=4, C=RED, BX=FILLED, BXF=YELLOW, BXM=50, BXO=CYAN,T="Filled Box" X、Y、F、H、C的设置同上。其中,BX(boxtype)表示文本框的形式, FILLED说明它是填充的;BXF(boxfillcolor)用来说明文本框内的填充颜 色;BXM用(boxmargin)来说明文本框的富余;BXO(boxcolor)用来说明 文本框边缘的颜色。默认情况下,文本框中间的镂空的,即是透明的。 TEXT X=41, Y=8, H=4, F=COURIER-BOLD, C=CUST3, BX=HOLLOW, BXO=CUST4, T="Hollow Box" 与上面的例子基本相同,只是BX=HOLLOW表示文本框的形式为镂空。 GEOMETRY X=50, Y=50, T=RECTANGLE, FC=WHITE, C=BLUE 40 30 T(geomtype)用来说明几何体的形式,RECTANGLE表明几何体为四边 形;FC(geomfillcolor)用来说明几何图形内部的填充颜色;C(color) 用来说明几何体边缘线的颜色;40和30分别表示水平的边和竖直的边的长 度。 GEOMETRY X=30, Y=30, T=CIRCLE, FC=BLUE, C=GREEN
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20 GEOMETRY X=70, Y=65, T=LINE, FC=PURPLE, C=BLACK 1 1表示有一组数 4 4表示有四个点 -10 0 以下分别是点的坐标 0 10 10 10 10 0.6 GEOMETRY T=LINE, C=CUST1 2 2表示有两组数,也就是说会画两次线,但每次可以画若干条直 线 3 3表示第一组数有3个点 5 50 10 10 20 10 2 以下为第二组数;2表示第二组数有两个点 15 15 25 25 GEOMETRY X=60, Y=30, T=ELLIPSE, C=CUST8 30 10
Frame 001 ? 03 Oct 2004 ? No Data Set

Example Text
Subtitle

Filled Box

Hollow Box

图 5 文本和图形在 TECPLOT 中的显示

注 意 : 图 形 记 录 中 几 何 体 形 式 T 包 括 正 方 形 ( SQUARE ) 、 矩 形
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(RECTANGLE)、圆(CIRCLE)、椭圆(ELLIPSE)、2维直线(LINE)、3维 直线(LINE3D)。

4. 有序数据的格式
前面我们已经对有序数据进行了一些简单的介绍,下面我们将对有序数 据组成的数据文件的格式进行说明。我们先举一个按照I序列来排列数据的 例子。在t=1s和t=2s两个时刻分别对某区域内四个点进行压力和温度的测 量,测量结果见表1。对于这个例子我们可以组织两个数据区域(ZONE), 每个区域包含三个变量:位置(Position)、温度(Temperature)、压力 (Pressure)。具体的文件的内容及相应的解释如下文,其中蓝色文字代表 数 据 文 件 , 文 件 导 入 TECPLOT 后 形 成 的 图 形 参 见 图 6 ( 需 要 在 Plot Attributes中进行简单的调整)。
表1 测量结果

t=1s t=2s 位置 温度 压力 位置 温度 压力 71.30 563.7 101362.5 71.31 564.9 101362.1 86.70 556.7 101349.6 84.42 553.1 101348.9 103.1 540.8 101345.4 103.1 540.5 101344.0 124.4 449.2 101345.2 124.8 458.5 101342.2 数据文件: TITLE = "Example: Multi-zone XY-Plot" TITLE用说明数据集的名称,引号内的内容为文件的名称 VARIABLES = "Position", "Temperature", "Pressure" VARIABLES用来指定变量名称;TECPLOT默认使用变量名称作为坐标轴的 名称 ZONE T="1 seconds", I=4 ZONE表示下面描述的是一个数据区域;T用来来指定数据区的名称,I=4 表示在I序列上有4个点 71.30 563.7 101362.5 第一点的各变量值,以下依次类推 86.70 556.7 101349.6 103.1 540.8 101345.4 124.4 449.2 101345.2 ZONE T="2 seconds", I=4 以下为第二个数据区的内容
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71.31 564.9 101362.1 84.42 553.1 101348.9 103.1 540.5 101344.0 124.8 458.5 101342.2 TEXT X=0.36, Y=0.87, H=4, T="SAMPLE CASE" 请参见第三节的内容。
Frame 001 ? 04 Oct 2004 ? Example: Multi-zone XY-Plot

560 550 540 530

SAMPLE CASE

101362 101360 101358 101356

Temperature

510 500 490 480 470 460 450 80 90 100 110 120

101352 101350 101348 101346 101344

Position

图 6 数据文件的显示结果

注意:TECPLOT的数据文件中数据有两种形式,即点形式(POINT)和块 形式(BLOCK),用F(format)来进行说明。两种数据形式的差别在于,对 于某个数据点来说,点形式的数据把所有的变量值一次性的赋值给该点,每 次完成一个数据点的数据输入;对于某个变量来说,块形式的数据把该变量 的数值一次性的分别赋值给所有数据点,每次完成一个变量的输入。 TECPLOT默认的数据形式为点形式,前面所讲的例子就是一个点形式的数据 文件,与之相对应的块形式的数据文件如下,F=BLOCK说明该数据区域的数 据为块形式,读者可以与前面的例子进行对比以加深理解。 TITLE = "Example: Multi-zone XY-Plot" VARIABLES = "Position", "Temperature", "Pressure" ZONE F=BLOCK, T="1 seconds", I=4 71.30 86.70 103.1 124.4 563.7 556.7 540.8 449.2 101362.5 101349.6 101345.4 101345.2 ZONE F=BLOCK, T="2 seconds", I=4
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Pressure

520

101354

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71.31 84.42 103.1 124.8 564.9 553.1 540.5 458.5 101362.1 101348.9 101344.0 101342.2 TEXT X=0.36, Y=0.87, H=0.04, T="SAMPLE CASE"

Frame 001 ? 04 Oct 2004 ?

9 8 7 6

Y

5 4 3 2 1 0 0 2

X

4

6

8

图 7 数据文件的显示结果

下面再举一个按照IJ排列有序数据的例子: VARIABLES = "X", "Y", "Temperature", "Pressure" ZONE I=2, J=3, F=BLOCK 3 7 2 6 1 5 0 2 4 6 8 9 0 0 1 0 1 1 50 43 42 37 30 21 数据文件的显示结果如图 7 所示。可以看到该文件是块形式的数据,而 所有数据点的排列可以被理解成一个矩阵,即 a11 a12 a13 a21 a22 a23 第一个变量 X 的所有数据(3 7 2 6 1 5)被一次性的赋值给所有数据 点,赋值的顺序为 a11 、a21 、a12 、a22 、a13 、a23 ,也就是说,在赋值时,从 J=1 开始,I 从 1 变化到 Imax(本例中 Imax=2) ,然后 J=2,I 再从 1 变化到 Imax,依次进行直到 J 变化到 Jmax 为止。其它变量的赋值顺序与此相同。 由此我们可以看出,I 比 J 的变化快,所以,在编制程序输出数据文件时,
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我们需要使 I 的循环语句包含在 J 的循环语句内,这一点尤为重要。IJK 排 序的有序数据中,I 变化得最快,J 的变化速度次之,K 变化得最慢,有关 IJK 排序的例子可以参考手册中的相关内容。

5. 有限元数据的格式
有限元数据需要在数据区域中使用F=FEPOINT(点形式)或F=FEBLOCK (块形式)来进行说明;N用来说明数据点的个数;E用来说明数据点形成的 元 素 ( element ) 的 个 数 ; ET 用 来 说 明 元 素 的 形 式 , 它 包 括 三 角 形 (triangle) 、四边形(quadrilateral) 、四面体(tetrahedron)和六面体 (block) 。在有限元数据中,数据被分成两个逻辑部分:第一部分各个数据 点上变量的数值,整个格式与按照I排序的有序数据相同;第二部分说明了 各个数据点的连接方式,即元素是由哪几个数据点所构成的。换句话说,对 于第二部分来说,任意一个数字表示的是该数据点的序号,这个序号是该数 据点在第一部分中按照I排列的序号。所以,在第二部分中,各行内数字的 顺序是可以调换的。下面举一个有限元数据的例子 VARIABLES = "X", "Y" ZONE N=5, E=3, F=FEPOINT, ET=TRIANGLE 1.0 1.0 2.0 3.0 2.5 1.0 3.5 5.0 4.0 1.0 1 2 3 3 2 4 3 5 4 数据文件导入TECPLOT后的图形如图8所示。数据区域中第一部分共有5 行,用来说明5个数据点上的变量值,这与N=5是相对应的;第二部分有3 行,说明该数据区域一共会画出3个元素,这与E=3是相对应的,其它的说明 文字请读者结合前文自己来理解。

6. 总结
TECPLOT数据文件中的数据无外乎两种,一种是有序数据,另一种是有
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限 元 数 据 , 两 种 数 据 都 可 以 分 为 点 形 式 和 块 形 式 。 有 序 在 数 据 区 域 中用 F=POINT 或 F=BLOCK 来 说 明 , 而 有 限 元 数 据 在 数 据 区 域 中 用 F=FEPOINT 或 F=FEBLOCK来进行说明。

Frame 001 ? 05 Oct 2004 ?

5 4.5 4 3.5 3

Y
2.5 2 1.5 1 0.5 1 2

X

3

4

5

图 8 一个有限元数据的例子

本文对TECPLOT的数据格式进行了简要的说明,并结合一些例子对数据 文件的结构进行了讲解,旨在希望读者在阅读本文以后,能够对使用数据文 件在TECPLOT中构建图形有一些了解,最重要的还是要做到活学活用。 对 于 TECPLOT 更 具 体 的 说 明 请 大 家 参 考 TECPLOT 用 户 手 册 ( TECPLOT User’s Manual)中的相关内容。

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